Отбелка механической массы из щепы

1
Отбелка механической массы из щепы
Белизна является одним из важнейших показателей различных видов бумаги для печати, газетной, санитарно-гигиенической, для письма и т.д. Белизна механической массы в композиции с целлюлозой оказывает большое влияние на белизну бумаги, что обусловлено высоким коэффициентом светорассеяния.
Отбелка является процессом химической очистки и модификации целлюлозы. В результате отбелки оптические свойства целлюлозных волокон или изменяются при удалении компонентов, способных поглощать видимый свет, или
уменьшается абсорбционная способность этих соединений. Любые остающиеся в
целлюлозе после варки видимые загрязнения (частицы сора), которые могут вызвать затруднения при дальнейшей переработки целлюлозы в бумагу и картон,
также должны быть удалены при отбелке. Кроме того, отбелка используется для
регулирования степени полимеризации и увеличения содержания α-целлюлозы.
При отбелке целлюлозы, предназначенной для изготовления бумаги, необходимо
достичь высокой белизны при сохранении показателей механической прочности.
При отбелке целлюлозы для химической переработки, кроме достижения высокой
белизны, удаляют гемицеллюлозы для получения полуфабриката с высоким содержанием α-целлюлозы и пониженной вязкостью.
Белизна целлюлозы измеряет ее способность отражать монохроматический
свет по сравнению с известным стандартом, в качестве которого используют покрытые сульфатом бария пластины. Для измерения белизны используют прибор
лейкометр Цейсс (российский стандарт) или Цейсс-Эльрефо (по стандарту ISO).
Применение механической массы в композиции различных видов бумаг
сдерживается недостаточной белизной и низкой стабильностью белизны. Белизна
различных видов механических масс колеблется от 51 до 65 %. Причина низкой
белизны заключается, во-первых в наличии фенольных и энольных гидроксилов
бензольных колец лигнина и во-вторых присутствием экстрактивных веществ
(полифенолов).
Белизна определяется рядом технологических факторов: качеством и белизной сырья, технологией производства полуфабриката, режимом отбелки и используемых химических реагентов.
Процесс отбелки механической массы отличается от отбелки целлюлозы
тем, что цель отбелки заключается во временном обесцвечивании лигнина и других окрашивающих компонентов без их растворения.
2
Простейшие реакции, которые могут вызвать изменения в окрашивающих
веществах – окисление и восстановление.
Промышленное применение имеют три способа отбелки механической массы: восстаннавливающими, окисляющими и комбинированными отбельными реагентами.
К восстанавливающим реагентам относят дитиониты натрия Na2S2O4 и
цинка ZnS2O3, бисульфит натрия NaHSO3, боргидрид натрия NaBH4 и диоксид серы SO2. Отбелка в кислой среде.
К окисляющим относят – пероксид водорода H2O2 и натрия Na2O2, гипохлориты кальция Ca(OСl)2 и натрия NaOCl, перуксусная кислота CH3COOOH. Отбелка в щелочной среде.
Комбинированная отбелка заключается в применении на первой стадии
отбелки окисляющих, а на второй – восстанавливающих реагентов.
Особенностью отбелки ДМ является то, что отбелка всеми известными реагентами не обеспечивает стабильности белизны, и со временем некоторые хромофорные группы снова быстро окисляются, и наступает пожелтение.
Отбелка пероксидом водорода
Это наиболее распространенный химический реагент, применяемый для отбелки. Белизну можно повысить на 30 % без значительного снижения выхода.
Повышение выхода при использовании H2O2 зависит от ряда факторов процесса отбелки, из которых основным является технологическая схема отбелки.
Применение двухступенчатой схемы с рециркуляцией отбеливающих реагентов
позволяет получать белизну мех. массы из древесины хвойных пород 80…82 %,
лиственных 85…87 %.
Пероксид водорода по сравнению с другими отбеливающими реагентами
имеет ряд преимуществ: обеспечение максимальной белизны; возможность рециркуляции отработанного раствора с целью использования прореагировавшего
H2O2; отбелка при высокой концентрации массы; способность отбеливать частицы коры, содержащейся в массе; возможность отбелки всех видов массы из древесины всех видов пород.
Активным белящим агентом является гидропероксид анион HO2-, образующийся при диссоциации H2O2:
H2O2 → H+ + HO2-
3
В щелочной среде происходит обменная реакция с образованием пероксида
натрия:
H2O2 + 2 NaOH → Na2O2 + 2H2O
Образующиеся анионы проявляют окислительные свойства по отношению к
окрашенным веществам, содержащимся в механической массе. В процессе отбелки H2O2 происходит деструкция ортохиноной структуры хромофора лигноподобных веществ, а также деметилирование – расщепление боковых цепей и разрыв
ароматического кольца.
Условия отбелки пероксидом водорода: расход 2…3 массных % абсолютносухого волокна; концентрация массы до 50 %, t = 40…70 0С (80…85 0C) продолжительность отбелки зависит от расхода реагента и температуры.
Отбелка дитионитом натрия
Дитионит натрия применяют, когда белизну полуфабриката надо повысить
на 5…10 %, либо на второй ступени отбелки, если на первой ступени используется пероксид водорода. Одним из условий успешной отбелки дитионитом натрия
является предотвращение его разложения кислородом воздуха. С этой целью отбелку дитионитом натрия необходимо проводить при быстром перемешивании
без доступа воздуха в башне с потоком массы снизу вверх или в закрытых бассейнах. При отбелке дитионитом возможно три типа конкурирующих окислительно восстановительных реакций:
1. Основная
Nа2S2O4+H2O+масса = 2NaHSO3 + беленая масса
2. Реакция диспропорционирования:
Na2S2O4+H2O = 2NaHSO3+Na2S2O3 (тиосульфат)
3. Окисление воздухом:
а) с избытком воздуха:
Na2S2O4+O2+H2O = NaHSO3+NaHSO4 (бисульфат)
б) с небольшим избытком воздуха
2Na2S2O4+O2+2H2O = 4NaHSO3
Применение дитионита натрия при отбелке может стать источником образования тиосульфата, способствующего коррозии оборудования. Ион тиосульфата
может образовываться в процессе разложения дитионита и при его хранении.
Можно снизить образование иона путем сокращения продолжительности хранения, снижения температуры (не выше 9 0С), поддерживать высокий рН (pH=10).
4
Режим отбелки: расход реагента 0,5…1,0 массных % абсолютно-сухого волокна; оптимальная температура 60 0С; продолжительность отбелки определяется
расходом реагента и температурой процесса (чем выше расход и температура, тем
меньше продолжительность). Оптимальная продолжительность 20…40 минут, рН
массы 4,5…6,8, концентрация массы 2…5 %.
Отбелка не только повышает белизну, но и улучшает качество и показатели
механической прочности за счет повышения гибкости и пластичности волокон.